JP6057798B2 - Pump and water jet propulsion device - Google Patents
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Description
本発明は、斜流ポンプ、軸流ポンプなどのポンプ、及びこのポンプを備えたウォータージェット推進装置に関する。 The present invention relates to a pump such as a mixed flow pump and an axial flow pump, and a water jet propulsion apparatus including the pump.
従来、軸線方向から取り込んだ液体を、インペラ(羽根車)の回転によってその回転軸線方向へ圧送する斜流ポンプ、軸流ポンプなどの高比速度ポンプが知られている(例えば、特許文献1参照)。このようなポンプは、例えば船体の推進装置であるウォータージェット推進装置として用いられている。 Conventionally, a high specific speed pump such as a mixed flow pump or an axial flow pump that pumps liquid taken in from the axial direction in the direction of the rotational axis by the rotation of an impeller (impeller) is known (for example, see Patent Document 1). ). Such a pump is used, for example, as a water jet propulsion device that is a propulsion device for a hull.
ウォータージェット推進装置としては、ケーシングと、このケーシング内に収容されたインペラと、このインペラを回転駆動するエンジンと、を備え、インペラを回転駆動することで、ジェット水流を発生させて船体などを推進させる構成が一般的である。ウォータージェット推進装置は、例えば、小型船舶にも使用されることから、より小型化されたものが要求されている。 The water jet propulsion device includes a casing, an impeller accommodated in the casing, and an engine that rotationally drives the impeller. The impeller is rotationally driven to generate a jet water flow and propel the hull and the like. The structure to make is common. Since the water jet propulsion device is also used in, for example, a small vessel, a more compact one is required.
ところで、ポンプを小型化する際、小型化前と同様の出力を得ようとするとインペラを高回転で運転する必要がある。図7に、複数のインペラ翼114を有する従来のインペラ108を示す。しかしながら、インペラを高回転で運転すると、その入口部でキャビテーションが発生し、吸込性能が低下する。特に、ウォータージェット推進装置に用いられるポンプの場合、チップ側、即ち径方向外側の周速が速くなるため、負荷が高くキャビテーションが発生しやすい。図7の符号C0で示す範囲が従来のインペラにおけるキャビテーション発生領域である。
By the way, when the pump is downsized, it is necessary to operate the impeller at a high speed in order to obtain the same output as before the downsizing. FIG. 7 shows a
ポンプの吸込性能は、入口部の目玉径(面積)を大きくすることで向上させることができるが、これによりポンプの小型化が困難になる。一方、吸込性能は、インペラの入口部で発生したキャビテーションがどの場所で発生し、どのように成長していくかによって異なるが、従来、このことについて考慮されていなかった。 The suction performance of the pump can be improved by increasing the center diameter (area) of the inlet, but this makes it difficult to reduce the size of the pump. On the other hand, the suction performance differs depending on where the cavitation generated at the inlet of the impeller occurs and how it grows, but this has not been considered in the past.
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、インペラを高回転で運転することによって発生するキャビテーションを抑制することにより、吸込性能を向上することのできるポンプを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a pump capable of improving suction performance by suppressing cavitation generated by operating an impeller at high speed. There is to do.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のポンプは、軸線回りに回転することで液体を上流側から下流側に向かって軸線方向に送り出す複数のインペラ翼と、軸体と、を有するインペラを備え、前記軸体は、円筒状の前部と、前記前部よりも拡径した円筒状の後部と、上流側から下流側に向かって徐々に拡径するような形状をなし、前記前部と前記後部とを滑らかに接続する中間部と、を有し、前記インペラ翼は、前記インペラ翼のコード長が、径方向内側の端部から径方向外側の端部に向かうに従って漸次大きくなり、かつ、前記インペラ翼の後縁は、径方向内側の端部から径方向外側の端部との間で上流側に傾斜した部分を有さず、前記インペラ翼の前縁は前記前部に接続され、前記インペラ翼の後縁は、前記後部に接続されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The pump of the present invention includes an impeller having a plurality of impeller blades that rotate in the axial direction from the upstream side to the downstream side by rotating around the axis, and a shaft body, the shaft body having a cylindrical shape The front part, the cylindrical rear part whose diameter is larger than that of the front part, and the shape that gradually increases in diameter from the upstream side toward the downstream side are formed, and the front part and the rear part are smoothly connected. An impeller blade, wherein the impeller blade has a cord length that gradually increases from a radially inner end to a radially outer end, and a trailing edge of the impeller blade is The front edge of the impeller blade is connected to the front portion, and the trailing edge of the impeller blade is not connected to the upstream end portion between the radially inner end portion and the radially outer end portion. And connected to the rear portion .
上記構成によれば、インペラ翼の径方向外側の単位長さあたりの翼負荷が軽減されるため、キャビテーションの発生を抑制することができる。これにより、揚程低下が抑制され、ポンプの吸込性能の向上が可能となる。 According to the above configuration, since the blade load per unit length on the radially outer side of the impeller blade is reduced, the occurrence of cavitation can be suppressed. Thereby, the head fall is suppressed and the suction performance of the pump can be improved.
上記ポンプにおいて、前記インペラ翼の後縁は、径方向外側に向けて下流側に傾斜していることが好ましい。 In the above pump, it is preferable that the trailing edge of the impeller blades is inclined toward the downstream side toward the radially outer side.
上記構成によれば、ポンプ上流側の空間を犠牲にすることなく、径方向外側のコード長を長くすることができる。 According to the above configuration, the cord length on the radially outer side can be increased without sacrificing the space upstream of the pump.
上記ポンプにおいて、前記インペラ翼の前縁は、径方向外側に向けて上流側に傾斜している構成としてもよい。 The said pump WHEREIN: The front edge of the said impeller blade is good also as a structure which inclines in the upstream toward the radial direction outer side.
上記構成によれば、インペラ翼の重量配分を最適化することができる。 According to the above configuration, the weight distribution of the impeller blades can be optimized.
また、本発明は上記いずれかのポンプを備えたウォータージェット推進装置を提供する。 The present invention also provides a water jet propulsion device including any one of the above pumps.
本発明によれば、インペラ翼の径方向外側の単位長さあたりの翼負荷が軽減されるため、キャビテーションの発生を抑制することができる。これにより、揚程低下が抑制され、ポンプの吸込性能の向上が可能となる。 According to the present invention, since the blade load per unit length on the radially outer side of the impeller blade is reduced, the occurrence of cavitation can be suppressed. Thereby, the head fall is suppressed and the suction performance of the pump can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態のポンプは、例えば小型滑走艇の推進装置であるウォータージェット推進装置に用いられるものである。
図1に示すように、本実施形態のウォータージェット推進装置3は、船体2の船尾に取り付けられており、図示しない船底の水取り入れ口に接続された管路4と、管路4の後端に接続されたポンプ1と、を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The pump of this embodiment is used for, for example, a water jet propulsion device that is a propulsion device for a small planing boat.
As shown in FIG. 1, the water jet propulsion device 3 according to the present embodiment is attached to the stern of the hull 2, and includes a
ポンプ1は、略円筒形状のケーシング6と、ケーシング6と同軸上に配置された主軸7(ドライブシャフト)と、主軸7の上流側に固定されたインペラ8と、インペラ8の下流側に隣接されて主軸7が貫通する案内羽根基部9と、案内羽根基部9の外周面とケーシング6の内周面との間に設けられた案内羽根10と、主軸7の後端を塞ぐキャップ11と、を有している。
The pump 1 is adjacent to a substantially
ケーシング6は一体に形成する必要はなく、例えば、軸方向に複数に分割されてもよい。
主軸7は、図示しないエンジン(内燃機関)、駆動モータなどの動力源の出力軸と接続されている。
なお、以下の説明においては、ケーシング6、インペラ8、主軸7の軸方向、径方向、周方向を単に軸方向、径方向、周方向と呼ぶ。
The
The main shaft 7 is connected to an output shaft of a power source such as an engine (internal combustion engine) and a drive motor (not shown).
In the following description, the axial direction, radial direction, and circumferential direction of the
案内羽根基部9は、主軸7が貫通するとともに、インペラ8と主軸7の回転を許容している。
案内羽根10は、ケーシング6又は案内羽根基部9と一体に形成されており、ケーシング6の内周面と案内羽根基部9の外周面とに跨って形成されている。
The
The
図2に示すように、インペラ8は、軸体13と、この軸体13の回りに軸体13と一体に形成された複数(本実施形態においては六枚)のインペラ翼14とを有している。インペラ翼14は、軸体13の回りに螺旋状に形成されているが、図2にはインペラ翼14の子午面形状のみ示す。
軸体13は、略円環形状となっており、上流側から下流側に向かって徐々に拡径するような形状をなしている。
インペラ翼14はいずれも捻り形状を有しており、上流側から下流側に向かって、径方向内側の端部14aが一方向に傾斜して軸体13の外周面に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
The
Each
複数のインペラ翼14は、動力源から与えられる駆動力によって主軸7及び軸体13と一体的に回転することによって、ケーシング6の上流側より吸い込まれる液体に遠心力と揚力を与え、圧力を上昇させる機能を有している。
The plurality of
図3に示すように、インペラ翼14は、コード長Lが径方向内側の端部14aから径方向外側の端部14bに向かうに従って、漸次大きくなる形状となっている。ここで、コード長Lとは、インペラ翼14の前縁14cと後縁14dとの間の距離であって、螺旋状に延在するインペラ翼14の延在方向に沿う長さである。例えば、ハブ側(軸体13側)のコード長Lhは、インペラ翼14と軸体13との接続部の長さであり、チップ側(径方向外側)のコード長Lcは、インペラ翼14の径方向外側の端部14bの長さである。
As shown in FIG. 3, the
インペラ翼14のコード長Lは、径方向外側に向かって、短くなることなく増大し続けており、ハブ側のコード長Lhよりもチップ側のコード長Lcが十分長くなるように形成されている。具体的には、チップ側のコード長Lcがハブ側のコード長Lhの1.5倍から3倍となるように形成することが好ましい。
チップ側のコード長Lcの上限は、例えば、水との濡れ面積の増加による効率の低下などを考慮して設定することができる。
The cord length L of the
The upper limit of the code length Lc on the chip side can be set in consideration of, for example, a decrease in efficiency due to an increase in wetted area with water.
また、本実施形態のインペラ翼14の子午面形状は、インペラ翼14の前縁14cが径方向外側に向けて上流側(図3における右側)に傾斜するとともに、後縁14dが径方向外側に向けて下流側に傾斜するように形成されている。即ち、本実施形態のインペラ翼14は、インペラ翼14の前縁14cの径方向外側が上流側に前進している前進スキューとなっているとともに、後縁14dの径方向外側が下流側に後退している後退スキューとなっている。
ここで、子午面形状とは、インペラ8の軸線O(回転中心)を通る任意の断面(即ち、子午面)を重ね合わせて形成される形状である。
Further, the meridional shape of the
Here, the meridional shape is a shape formed by overlapping arbitrary cross sections (that is, meridian surfaces) passing through the axis O (rotation center) of the
なお、前縁14cと後縁14dの両方をスキュー形状とする必要はなく、前縁14cと後縁14dのいずれかがスキュー形状となっていればよい。
例えば、図4に変形例として示すように、前縁14cに関してはスキュー無し(前縁14cが軸線Oに直交する平面上に配置される)とし、後縁14dのみを後退スキュー形状としてもよい。また、図5に別の変形例として示すように、後縁14dに関してはスキュー無し(後縁14dが軸線Oに直交する平面上に配置される)とし、前縁14cのみを前進スキュー形状としてもよい。
Note that it is not necessary for both the
For example, as shown in FIG. 4 as a modified example, the
即ち、インペラ翼14のコード長Lが径方向内側の端部14aから径方向外側の端部14bに向かうに従って漸次大きくなる形状となっていれば、前縁14c、後縁14dのスキュー形状は問わない。スキュー形状をどのようにするかは、ポンプ1が適用される装置の構成に応じて検討することが好ましい。
That is, as long as the cord length L of the
例えば、前縁14cの前進スキューを大きくし過ぎると、先端部の強度が低下するため、図4に示すように、後縁14dの後退スキューによってコード長Lを大きくする構成が好ましい。特に、ウォータージェット推進装置に用いられるインペラ8の場合、海水のゴミなどの浮遊物を吸い込むことがあり、この浮遊物によって先端部が損傷することがあるため、後縁14dの後退スキューを採用することが好ましい。
For example, if the forward skew of the
また、装置構成により、ポンプ1の上流側のスペースが限定される場合、例えば、管路4との干渉を考慮する場合においても、後縁14dのみを後退スキューのみとすることによって、ポンプ1前方の空間を犠牲にすることなく、チップ側のコード長Lcを長くすることができる。
また、前縁14cの前進スキューと後縁14dの後退スキューとを採用することによって、インペラ翼14の重量配分を最適化することができる。
Further, when the space on the upstream side of the pump 1 is limited by the device configuration, for example, even when considering interference with the
Further, by adopting the forward skew of the
また、前縁14c、後縁14dは、曲線形状でもよいし、直線形状としてもよい。
さらに、インペラ翼14の径方向外側の端部14bは、軸線Oに沿う形状とする必要はない。例えば、軸方向下流側に向かうに従って、ケーシング6から離間する形状としてもよい。
Further, the
Furthermore, the radially
このような構成において、ウォータージェット推進装置3は、エンジンの駆動によって、主軸7とインペラ8とが回転駆動されると、水取り入れ口から取り入れられた海水などの液体が、インペラ8の回転により圧力上昇した後に、案内羽根10によって整流されつつ下流側へと吐き出される。これにより、船体2に推力が与えられる。なお、エンジンの駆動回転数、即ちウォータージェット推進装置3による推進力は、船体2に設けられたスロットルレバーなどの操作部により操作される。
In such a configuration, when the main shaft 7 and the
この際、特に、インペラ8を高回転で運転すると、インペラ8の入口部でキャビテーションが発生する。このキャビテーション発生領域は、図6の符号Cに示すような範囲となる。即ち、図7に示す従来型のインペラ108におけるキャビテーション発生領域C0と比較して、チップ側のキャビテーションが抑制されている。
At this time, in particular, when the
上記実施形態によれば、インペラ翼14のコード長Lが径方向内側の端部14aから径方向外側の端部14bに向かうに従って漸次大きくなる形状となっている、即ち、チップ側のコード長を長くとることによって、チップ側の単位長さあたりの翼負荷が軽減されるため、キャビテーションの発生を抑制することができる。
According to the above embodiment, the cord length L of the
即ち、ポンプ1は、チップ側の方が周速が高く負荷が高いため、チップ側でキャビテーションが発生すると揚程低下が生じやすい。本実施形態のようなインペラ翼14形状としチップ側でのキャビテーションを抑制することにより、吸込性能の向上が可能となる。
In other words, since the pump 1 has a higher peripheral speed and a higher load on the tip side, if the cavitation occurs on the tip side, the lift tends to decrease. Suction performance can be improved by using the shape of the
以上の効果により、ウォータージェット推進装置3の推力を増大させることが可能になり、船速の向上がもたらされるほか、エンジンの燃料消費率の改善にも寄与しうるようになる。特に、ウォータージェット推進装置3に用いられるポンプの場合、チップ側の周速が速く、キャビテーションが発生しやすいため、本実施形態のポンプは有効である。 Due to the above effects, the thrust of the water jet propulsion device 3 can be increased, and the ship speed can be improved and the fuel consumption rate of the engine can be improved. In particular, in the case of a pump used in the water jet propulsion apparatus 3, the peripheral speed on the tip side is fast and cavitation is likely to occur, so the pump of this embodiment is effective.
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。また、上記複数の実施形態で説明した特徴を任意に組み合わせた構成であってもよい。
例えば、インペラ翼14の枚数は六枚に限ることはなく、適宜変更することができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Moreover, the structure which combined the characteristic demonstrated by said several embodiment arbitrarily may be sufficient.
For example, the number of
1 ポンプ
2 船体
3 ウォータージェット推進装置
4 管路
6 ケーシング
7 主軸
8 インペラ
9 案内羽根基部
10 案内羽根
11 キャップ
13 軸体
14 インペラ翼
14a 径方向内側の端部
14b 径方向外側の端部
14c 前縁
14d 後縁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pump 2 Hull 3 Water
Claims (4)
前記軸体は、円筒状の前部と、前記前部よりも拡径した円筒状の後部と、上流側から下流側に向かって徐々に拡径するような形状をなし、前記前部と前記後部とを滑らかに接続する中間部と、を有し、
前記インペラ翼は、前記インペラ翼のコード長が、径方向内側の端部から径方向外側の端部に向かうに従って漸次大きくなり、かつ、
前記インペラ翼の後縁は、径方向内側の端部から径方向外側の端部との間で上流側に傾斜した部分を有さず、
前記インペラ翼の前縁は前記前部に接続され、前記インペラ翼の後縁は、前記後部に接続されていることを特徴とするポンプ。 An impeller having a plurality of impeller blades that rotate in the axial direction from the upstream side to the downstream side by rotating around the axis, and a shaft body ;
The shaft body has a cylindrical front part, a cylindrical rear part whose diameter is larger than that of the front part, and a shape that gradually increases in diameter from the upstream side toward the downstream side, and the front part and the An intermediate part for smoothly connecting the rear part,
In the impeller blade, the code length of the impeller blade gradually increases from the radially inner end to the radially outer end, and
The trailing edge of the impeller blade does not have a portion inclined upstream from the radially inner end to the radially outer end ,
A pump characterized in that a front edge of the impeller blade is connected to the front portion, and a rear edge of the impeller blade is connected to the rear portion .
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